FARMACODINAMICA. Recettore. Farmacodinamica NON SPECIFICI SPECIFICI MECCANISMI DI AZIONE DEI FARMACI. recettori MECCANISMI DI AZIONE DEI FARMACI

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1 FARMACODINAMICA Farmacodinamica STUDIO DEGLI EFFETTI BIOCHIMICI E DEL MECCANISMO DI AZIONE DEI FARMACI In particolare si propone di: identificare i siti d azione dei farmaci delineare le interazioni fisiche o chimiche tra farmaco e cellula caratterizzare e quantificare l effetto indotto dal farmaco Modalità d azione dei farmaci Azione aspecifica I farmaci agiscono in virtù delle loro proprietà chimico-fisiche (Antiacidi, lassativi e diuretici osmotici, disinfettanti,..) Azione specifica I farmaci interagiscono con specifiche macromolecole recettori MECCANISMI DI AZIONE DEI FARMACI NON SPECIFICI DIPENDENTI DA MECCANISMI CHIMICO-FISICI Proprietà osmotiche Attività acido-basica Attività ossidante e/o riducente Attività precipitante delle proteine Attività adsorbente; surfactante; emolliente Attività alchilante Attività chelante SPECIFICI MECCANISMI DI AZIONE DEI FARMACI Gli EFFETTI TERAPEUTICI e TOSSICI dei farmaci traggono origine dalle loro interazioni con molecole presenti nell organismo Recettore Componente molecolare di un sistema biologico (cellula) che interagisce con un farmaco avviando una catena di eventi biochimici che conducono agli effetti farmacologici osservati Bersaglio farmacologico Recettore

2 Legame Ligando e recettore Legame covalente: è di gran lunga il più forte dei legami ligando-recettore. Raramente entra in gioco nell azione di un farmaco (eccezione: chemioterapici nel trattamento del cancro). Forma un legame irreversibile. Interazione idrofobica: Di intensità debole tra il farmaco lipofilo e la componente lipidica delle membrane biologiche Tra farmaco e regioni non polari (non cariche) del recettore Forze elettrostatiche: interazioni forti tra molecole cariche interazioni deboli tra 2 atomi di idrogeno interazioni deboli dipolo-indotte (van der Walls) Sono le interazioni ligando-recettore più diffuse. Forze elettrostatiche: Legame idrogeno Si instaura tra un gruppo donatore (-OH, -SH, -NH) e un gruppo accettore (=N-, -=H, =O) Legame ionico o ione-metallo che si formano fra atomi con carica opposta Si forma tra una funzione acida dissociata (COO -, PO 3-, S - ) del farmaco e un catione coordinato nel sito catalitico dell enzima bersaglio (es. Zn ++, Mg ++, Fe ++ ) Forza di van der Waals Quando gli atomi di una molecola farmaco e di un recettore si trovano a distanza ravvicinata, i dipoli temporanei di una molecola inducono dipoli contrari nell'altra molecola per cui si ha un'attrazione intermolecolare Sono legami a bassa energia: Legami ionici: fra atomi di carica opposta Ponti idrogeno: tra un atomo di idrogeno legato covalentemente ad un atomo fortemente elettronegativo (donatore) e un secondo atomo anch esso elettronegativo (accettore). Attrazioni vanderwaals: tra due atomi a distanza ravvicinata ad opera di cariche elettriche fluttuanti Interazioni idrofobiche: causate dalle molecole di acqua che, per minimizzare l effetto dei gruppi idrofobici sui legami di idrogeno dell acqua stessa,costringono tali gruppi idrofobici a raggrupparsi tra loro Energia volte inferiore legami covalenti Interazione limitata nel tempo: REVERSIBILE Il legame farmaco-recettore Il legame farmaco-recettore può essere Reversibile, quando il legame chimico farmacorecettore è dovuto a legami deboli in genere, Irreversibile, quando il farmaco si lega con legami covalenti al suo recettore oppure quando il numero legami deboli molto elevato, in tal caso l energia presente nel sistema può non essere sufficiente a causare il distacco Esdi farmaco si lega con legami covalenti èl acido acetilsalicilico che acetila irreversibilmente l enzima COX-1. Esdi sostanza tossica èla bungarotossina(cobra) che si lega in maniera irreversibile al recettore nicotinicoplacca motrice provocando paralisi, blocco respirazione e morte. Il legame farmaco-recettore recettore La percentuale di farmaco legato al recettore (e quindi la sua efficacia) dipende dal numero di molecole del farmaco presenti nel sito recettoriale, dal numero dei recettori e dalla affinità del farmaco per il recettore stesso (maggior affinità, maggior legame) I principali parametri che caratterizzano l'interazione di un farmaco con il suo recettore sono generalmente determinati attraverso gli studi di binding L interazione farmaco-recettore segue la legge di azione di massa Ka = R + F [RF] [R][F] RF [RF]= concentrazione del complesso farmacorecettore all'equilibrio, e [R] e [F] concentrazioni di recettore e di farmaco liberi all'equilibrio. costante di associazione o di affinità, indica quanto la reazione é spostata verso la formazione del complesso ed é pertanto correlata alla forza del legame chimico fra il farmaco ed il recettore

3 Per tradizione negli studi di binding si usa più frequentemente la costante di equilibrio della reazione inversa, cioè la costante di dissociazione del complesso, Kd (correlata inversamente all affinità del ligando per il recettore). MECCANISMI SPECIFICI D AZIONE DEI FARMACI Le azioni DEI FARMACI sono così diverse da rendere difficile ogni classificazione Kd, essendo l inverso di Ka (che tende all infinito), è sempre compresa tra 0 ed 1. Kd = [R] [F] = 1 [RF] Ka Una bassa Kd risulta in una lenta dissociazione dell agonista dal recettore Su RECETTORI SPECIFICI macromolecole deputate alla trasmissione di un segnale chimico cellulare Direttamente su EFFETTORI, Molecole non recettore ma target di farmaci Recettori specifici Gli effettori possono essere ENZIMI Aspirina: blocco cicloossigenasi 1 - Recettori intracellulari (farmaci: ormoni steroidei, nitrossido). 2 - Enzimi transmembrana (Dominio Intracellulare: tirosina o serina chinasi) (farmaci: insulina). 3 - Recettori transmembrana (rec. Citochine) che legano la janus chinasi (JAK) che a loro volta fosforilano le proteine STAT. I dimeri di STAT fosforilati regolano la trascrizione genica (farmaci: citochine). 4 - Canali ionici (Farmaci: benzodiazepine, nicotina, digitale). 5 - Recettori accoppiati a proteine G (Farmaci: simpaticomimetici). CANALI IONICI Anestetici locali: blocco insorgenza potenziale azione PROTEINE TRASPORTATRICI Omeprazolo: inibitore pompa protonica mediante legame covalente con alcuni gruppi chimici della pompa protonica Si distinguono: Canali ionici Canali voltaggio-dipendenti: sono sensibili alle variazioni del potenziale di membrana (canali del Ca ++, del Na +, del K + ) Canali operati da ligando: perché si abbia l apertura del canale è necessaria la presenza di un ligando. si tratta dei recettori canale

4 Es. anestetici locali Effetto: blocco reversibile della depolarizzazione e della propagazione del potenziale d azione lungo il nervo, impedendo l apertura dei canali di Na + e mantenendo in tal modo uno stato di polarizzazione MECCANISMO D AZIONE DEI FARMACI su RECETTORI SPECIFICI RECETTORI DI MEMBRANA RECETTORI INTRACELLULARI I recettori di membrana sono di 3 tipi I 3 principali tipi di recettori e di trasduzione del segnale 1. Recettori canale 2. Recettori accoppiati a G-proteine 3. Recettori dotati di attività enzimatica intrinseca attività tirosin-chinasica attività guanilato-ciclasica attività tirosin-fosfatasica

5 Recettori canale (ionotropi) Recettori canale sono canali ionici la cui apertura è modulata dall interazione con specifici trasmettitori endogeni la loro attivazione determina RAPIDI cambiamenti delle concentrazioni ioniche intracellularie del potenziale elettrico transmembrana Recettori colinergici nicotinici per l Acetilcolina Recettori GABA A per il GABA Recettori per la glicina Recettori 5HT 3 per la serotonina Recettori ionotropi per il glutammato Recettori P2X per le purine Recettori per i nucleotidi ciclici camp e cgmp Permeabili ai cationi Recettori nicotinici Recettori ionotropici per il glutammato Recettori 5HT 3 per la serotonina Recettori P 2X per le purine Permeabili agli anioni Recetori per il GABA A Recettori per la glicina In base al tipo di ione che passa attraverso il canale, possono indurre depolarizzazione o iperpolarizzazione e mediare rispettivamente eventi eccitatori ed inibitori modificazione eccitabilità cellulare aumentandola (depolarizzazione) o diminuendola (iperpolarizzazione) Recettore nicotinico E costituito da 5 subunità che delimitano un canale transmembrana permeabile al sodio. Il legame di due molecole di ACh con la subunitàαdetermina l apertura del canale con ingresso di ioni Na + e conseguente depolarizzazione della cellula Media la risposta eccitatoria dell ACh a livello della placca motrice, del SNC, dei gangli del sistema nervoso autonomo

6 Recettore per il GABA: localizzato neuroni del SNC di tipo inibitorio post-sinaptico. Una proprietà intrinseca dei RECETTORI CANALE E un recettore accoppiato a canali anionici: la sua attivazione causa un aumento della permeabilità agli ioni Cl - della membrana postsinaptica L ingresso di ioni Cl - crea iperpolarizzazione della cellula e inibizione del potenziale d azione. DESENSIBILIZZAZIONE La DESENSIBILIZZAZIONE può essere: omologa eterologa La perdita di capacità di rispondere è specifica per il recettore che è attivato L attivazione prolungata induce desensitizzazione anche di altri recettori che utilizzano la stessa via di trasduzione del segnale (es. fosfolipasi, ciclasi,.. comuni a più recettori) Riduzione affinità In genere la DESENSIBILIZZAZIONE dei recettori può avvenire per Incapacità di trasdurre il segnale Riduzione del numero dei recettori (Down regulation) Recettori accoppiati a proteine G Sono recettori di membrana che non attivano direttamente la risposta cellulare, ma attraverso una G proteina, che a sua volta attiva un effettore direttamente legato alla formazione del secondo messaggero

7 Recettori accoppiati alle Proteine G Famiglia numerosa che comprende la maggior parte dei recettori noti, fra cui il recettore muscarinico dell acetilcolina, i recettori dell adrenalina, i recettori della dopamina, i recettori degli oppiacei e di molti peptidi Singola catena polipeptidica formata da aa. Parte N-terminale extracellulare, parte C-terminale intracellulare. La struttura del recettore include un dominio transmembrana a 7 eliche raggruppate attorno a un pocket centrale che contiene il sito attivo del recettore. Le G-protein hanno tre subunità: α, β, γ Secondi messaggeri prodotti ADENILATO CICLASI FOSFOLIPASI C FOSFOLIPASI A2 camp Inositolo trifosfato (IP3) Diacilglicerolo (DAG) Acido arachidonico I recettori di membrana sono di 3 tipi 1. Recettori canale 2. Recettori accoppiati a G-proteine 3. Recettori dotati di attività enzimatica intrinseca attività tirosin-chinasica attività guanilato-ciclasica attività tirosin-fosfatasica Recettori con attività enzimatica intrinseca (Recettori come enzimi) Quando uno di questi recettori viene attivato da un ligando extracellulare, viene catalizzata direttamente la produzione di un secondo messaggero intracellulare

8 Recettori intracellulari RECETTORI INTRACELLULARI Sono recettori talvolta MOBILI Dispersi nel CITOPLASMA Talvolta ASSOCIATI AL NUCLEO RECETTORI INTRACELLULARI Ligandiendogeni: Sono i recettori per gli ormoni steroidei, ormoni della tiroide, vitamine (Vit.D e acido retinoico),. Vengono detti anche recettori nucleari perché, una volta attivati dal ligando, traslocano nel nucleo, dove svolgono la loro azione sul DNA, Recettori intracellulari Una volta formato il complesso ormone-recettore avviene un cambiamento conformazionale che porta il complesso nel nucleo dove si lega al DNA. La risposta è un aumento dell attività RNA polimerasica e dunque produzione di mrna specifico che, controllando la sintesi di una specifica proteina, dà origine alla risposta cellulare. attivando o reprimendo l espressione genica ESEMPIO DI RECETTORE INTRACELLULARE glucocorticoide SG S S + R C SR C SR C SR N m-rna C N Citoplasma Nucleo PS Meccanismo d azione cellulare dei glucocorticoidi S: glucocorticoide libero penetra nel citoplasma (C) e si lega ad un recettore intracellulare citoplasmatico (R C ) per formare il complesso SR C. Quest ultimo penetra nel nucleo (N), dove provoca una alterazione sintesi di RNAm per la sintesi di proteine specifiche (PS), responsabili dell effetto antiinfiammatorio dei gluocorticoidi.